Устройство для регистрации аналоговой информации Советский патент 1985 года по МПК G01D9/00 

соответственно, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, дешифратор, входы которого подключены к информационным выходам первого счетчика, а выходы являются выходами первой группы блока информационные выходы первого счетчика являются выходами второй группы блока, второй счетчик, счетный вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, входы обнуления первого и второго счетчиков подключены к выходу элемента ИЛИ, мультиплексоры, адресные входы которых подключены к информационным входам второго счетчика, а информационные входы являются входами первой группы блока, выходы мультиплексоров 116 являются выходами первой группы блока. 3. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок формирования кода фазы опроса содержит элементы задержки, входы которых являются входами второй группы блока, счетчики, обнуляющие входы которых подключены к выходам элементов задержки, счетные входы счетчиков являются входом блока, а входы разрешения счета являются -входами третьей группы блока, -я мультиплексор, адресные входы которого являются входами первой группы блока, информационные входы подключены соответственно к выходам счетчиков, выходы мультиплексора являются выходами блока.

) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее последовательно соединенные мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, одни-, информационные входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, блок управления, выходы первой группы которого подключены к управляющим входам мультиплексора, формирователь импульсов опроса, выходы второй группы которого подключены к входам второй группы блока управления, логический блок, входы первой группы которого являются входами сигналов запроса устройства, входы второй группы и вход логического блока подключены соответственно к выходам первой группы и к первому выходу формирователя импульсов опроса, а выходы логического блока подключены к входам пе-рвой группы блока управления, информационные входы мультиплексора являются информационными входами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия в результате увеличения иропускной способности устройства, оно содержит блок приоритетов, первый, второй входы и входы первой группы которого подключены соответственно к первом , второму выходам и выходам первой группы фop иpoвaтeля импуль- , сов опроса, а входы второй группы и выходы первой группы блока приоритетов подключены соответственно к выходам первой группы и входам (Л третьей группы блока управления, блок формирования кода фазы опроса, вход и входы второй и третьей групп которого подключены соответственно к второму, выходу формирователя импульсов опроса и к выходам первой и второй групп блока управления, а выходы блока формирования кода фазь; О5 опроса подключены к другим инфор4iib мационным входам блока памяти, выходы СП второй группы блока приоритетов под( ключены к входам первой группы блока 00 формирования кода фазы опроса и к адресньм входам-блока памяти. 2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что блок приоритетов содержит элемент ИЛИ/ входы которого являются входами второй группы блока, RS-триггер, R-вход которого является вторым входом блока, а S-вход подключен к выходу элемента ИЛИ, элемент И, входы которого подключены к инвертирующему выходу RS-триггера и первому входу блока

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для регистрации аналоговой информации в системах автоматизации экспериментальных исследований с целью последующей обработк-и ее на ЭВМ.

Известны устройства для регистрации информации, содержащие аналогоцифровой преобразователь, коммутатор каналов, блок управления, регистра- . тор. В подобных устройствах периоды опроса устанавливаются одинаковыми по всем аналоговым каналам.

Однако для систем автоматизации экспериментальных исследований требуется иметь более гибкую структуру регистратора, позволяющую устанавливать в разных каналах различные периоды опроса. В то же время важно в максимальной степени использовать потенциальное быстродействие тракта коммутации, кодирования и регистрации для улучшения экономических показателей систем.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для ретистрации аналоговой информации, п котором возможна установка в разных оНЯ-ТсТх рязличных периодов опроса, годрржащео последовательно с.сиЛП1Г(мп11-1 f.fyjiT. гиплексор

и аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, одни информационные входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, блок управления, выходы первой группы которого подключены к управляющим входам мультиплексора, формирователь импульсов опроса, выходы второй группы которого подключены к входам второй группы блока управления, логический блок, входы первой группы которого являются входами сигналов запроса устройства, входы второй группы и вход логического блока подключены соответственно к выходам первой группы и к первому выходу формирователя импульсов опроса, а выходы логического блока подключены к входам первой группы блока управления, информационные входы мультиплексора являются информационными входами устройства. В этом устройстве перед началом регистрации устанавливаются периоды опроса аналоговых каналов. При появлении запросов на, обслуткиванне от источников аналоговых сигналов аиалнзнруется загруженность регистрации. Если перегрузки регистра гора не происходит, то осущес.твдгястс.я подключение новых канггп.ж па обслуивание. Проверка условия отсутствия информационной перегрузки тракта коммутации, кодирования и регистрации производится в соответствии с выражением: (,) где Np- число работающих каналов (); . минимальный из периодов опроса каналов; суммарное время опроса одного канала (время коммутации, кодирования и регистрации) . . Недостатком данного устройства является невозможность использования потенциального быстродействия регист ратора. Когда в разных каналах установлены .индивидуальные периоды опрос загрузка регистратора оказывается неравномерной и в его работе образуются паузы. Например, возьмем N-канальную систему сбора аналоговой информации характеризующуюся в самом общем случае независимостью источников информации, различными частотными свойствами сигналов и переменным во времен числом работаюищх каналов. Состояния С(рк) - аналоговых кана лов системы обозначим G(g(), где , N - номер канала; g| 1, если канал работает, и если канал не работает (в данном режиме работы системы датчик не опрашивается). Допустим, в рассматриваемой системе имеетЪя возможность генерировать как индивидуальные периоды опроса Т всех сигналов, так и одинаковые для произвольных их групп. Периодические последовательности импульсов опроса можно рассматривать как детерминированные потоки заявок на обслуживание, причем под обслуживанием понимается формирование и регистрация кода рдного отсчета аналогового сигнала. Каждый поток заяво характеризуется интенсивностью:

Заявки на обслуживание могутпоступать как в различные моменты времени, 5 так и одновременно по всем каналам. Время обслуживания одной заявки в . системе t-.

Из формулы (8) видно, что, если хотя бы в одном канале период опроса

T..,,u , то R будет меньше едиТ

пЛИ П

ницы и пропускная способность тракта будет меньше потенциально возможной, В рассматриваемой системе не допускаются потери заявок, поэтому время пребывания заявки-к-го потока В системе не должно превышать ее периоды поступления: к 6 Т. Запрет на потерю заявок предполагает согласевание суммарного входного потока заявок по всем каналам И пропускной способности тракта коммутации, кодирования и регистрации, т.е. должно выполняться соотношение N -.-А .(4) К.1 к . Коэффициент загрузки тракта всеми потоками заявок определяется формулой (3) R k или с учетом (2) и (4) - т - к При последовательном обслуживании одновременно поступивших заявок время их пребывания в системе определяется выражением V, где , NP (i - порядок обслуживания заявок, который может не совпадать с нумерацией каналов). В этом случае из (6) и (1) для всех каналов получается Vj Тмин следовательно, автоматически выполняется условие (3), т.е. при любом порядке обслуживания потери заявок в системе не будет. Максимальный коэффициент загрузки тракта при соблюдении условия (1) определяется из выражения Р --i-Z мс кс NP IT a это является существенным недостатком прототипа, В случае, когда при произвольно выбранном порядке обслуживания время V пребывания в системе некоторых заявок может превысить Tj, что приведет к потере заявок и пропуску опроса сигналов. Цель изобретения - повышение быс родействия в результате увеличения пропускной способности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации аналоговой информации, содержащее последовательно соединенные мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, одни информационные входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, блок управления, выходы первой группы которого подключены к управляющим входам мульти плексора, формирователь импульсов опроса, выходы второй группы которо го подключены к входам второй группы блока управления, логический блок , входы первой группы которого являются входами сигналов запроса устройства, входы второй группы-и вход логического блока подключены соответственно к выходам первой гру пы и к первом выходу формирователя импульсов опроса, а выходы логического блока подключены к входам первой группы блока управления, информационные входы мультиплексора являются информационными входами устройства, введены блок приоритето первый, второй к.ходы и входы первой группы которого подключены соответственно к первому, второму выходам выходам первой группы формирователя импульсов опроса, а входы второй группы и выходы первой группы блока приоритетов подключены соответствен но к выходам первой группы и входам третьей группы блока управления, блок формирования кода фазы опроса, вход и входы второй и третьей групп которого подключены соответственно к второму выходу формирователя импульсов опроса и к выходам первой и второй групп блока управления, а выходы блока формирования кода фазы опроса ПОДКЛЮЧОИ111 к другим информационным входам блока памяти, выходы второй группы блока приоритетов подключены к входам первой группы блока формирования кода фазы опроса и к адресным входам блока памяти. Блок приоритетов содержит элемент ИЛИ, входы которого являются входами второй группы блока, RS-триггер, R-вход которого является вторым входом блока, а S-вход подключен к выходу элемента ИЛИ, элемент И, входы которого подключены к инвepтиpyющe ry выходу RS-триггера и первому входу блока соответственно, первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу элемента И, дешифратор, входы которого подключены к информационным выходам первого счетчика, а выходы являются выходами первой группы блока, информационные выходы первого счет.чика являются выходами второй группы блока, второй счетчик, счетный вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, входы обнуления первого и второго счетчиков подключены к выходу элемента ИЛИ, мультиплексоры, адресные входы которых подключены к информационным выходам второго счетчика, а информационные входы являются входами первой группы блока, выходы мультиплексоров являются выходами первой группы блока. Блок формирования кода фазы опроса содержит элементы задержки, входы . которых являются входами второй группы блока, счетчики, обнуляющие входы которых подключены к выходам элементов задержки, счетные входы счетчиков являются входом блока, а входы разрешения счета являются входами третьей группы блока, и мультиплексор, адресные входы которого являются входами первой группы блока, информационные входы подключены соответственно к выходам счетчиков, выходы мультиплексора являются выходами блока. Для пояснения сущности изобретения вернемся к рассмотрению Ы-ка тальной системы сбора аналоговой информации. Рассмотрим экстремальный случай, когда в момент времени t О в системе одновременно появились заявки всех работающих каналои, Найлсм услогшя, при которых будет обеспе чипаться возможность обслуживания псех заявок и получения полной .-.irpv-iKH тракта устройства. Поскольку при условии ( произвольный порядок обслуживания заявок может привести к пропускам опросов каналов, введем приоритетн дисциплину обслуживания. Обозначим номера приоритетов заявок индексом i 1,N. При этих условиях будут справедливы соотношения Wo й -Ьо2: г. (10 ; . V,.T,. ., Соотношение (12) показывает, чт время пребывания V- заявки в систем при приоритетной дисциплине обслуж вания не может быть меньше времени пребывания в системе без приоритет определяемого равенством (6). Из (11) имеем откуда, суммируя по всем работающим каналам, получаем. Р , .Np (13 1 Аналогично из (12) получаем М N. ../-. (« Подставляя (10) и (13) в (14), пол чаем Обобщенное соотношение, котор должно выполняться для обеспечения работоспособности системы: .V. 1 1 1 i N. Согласно равенству Чебышева соот ношение (15) будет выполняться Bcei да, если Tj Т,., т. т,.1 при этом псегда V - -- 1 I , Из этого следует, что для достиж ния максимальной загрузки устройств согласно (16) приоритеты необходимо назначать в порядке возрастания периодов опроса. Условие отсутствия перегрузки тракта должно проверяться по формуле Z. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2схема блока управления; на фиг. 3 схема логического блока; на фиг. 4 схема блока приоритетов; на фиг. 5 схема блока формирования кода фазы опроса. Устройство (фиг. 1) содержит мультиплексор 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок памяти 3 с регистром 4, блок управления 5, блок формирования кода фазы опроса 6, логический блок 7, формирователь импульсов опроса 8 с генераторо.1 9, управляемьЕм делителем 10 и узлом ком {утации 11, блок приоритетов 12. Блок управления 5 (фиг. 2) содержит по числу каналов элементы И 13, триггеры 14, элементы И 15, элементы задержки 16. Логический блок 7 (фиг. 3) содержит двоичные счетчики 17 и 18, элемент задержки 19, мультиплексоры 20 и 21, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 22, элемент И 23, мультиплексор 24, сумматор накапливающий 25, триггеры 26, элемент И 27. Блок приоритетов 12 (фиг. 4) содержит элемент ИЛИ 28, RS-триггер 29, элемент И 30, первый и второй счетчики 31 и 32, дешифратор 33, мультиплексоры 34. Блок формирования кода фазы опроса 6 (Лиг. 5) содерясит по числу каналов элемент задержки 35 и счетчики 36, ryльтиплeкcop 37. Устройство работает следующим образом. Требуемая сетка периодов опроса (каждый период выбирается из М возможных периодов) по разным каналам устанавливается заранее, до начала работы, в узле коммутации 11, с выхода которого управляющие потенциалы поступают в управляемый делитель 10, в котором по каждому каналу устанавливается требуемый коэффициент деления частоты синхроимпульсов (СИ) генератора 9. Периодические последовательности импульсов опроса Т, соответствующие каждая своему каналу, поступают в блок 5 управления подключением каналов и проходят через него только при наличии сигна ла разрешения с логического блока 7 и в порядке, определяемом блоком приоритетов 12, Сигналы разрешения в логическом блоке. вырабатываются на основании периодического анализа условия (17) согласования входного потока заявок и пропускной способности тракта коммутации, преобразования, регис ра ции. При оценке входного потока заявок принимаются во внимание как потоки каналов, уже поставленных на обслуживание, так и потоки каналов, требующие обслуживания, о чем свидетельствует появление новых сигналов g , Если постановка на обслуживание какого-либо нового канала вызовет нарушение условия (17), то этот канал на обслуживание не ставится, так как вырабатывается сигнал .разрешения для этого канала и соответствующие импульсы опроса не проходят через блок 5 управления. Для каналов, поставленных на обслуживание, импульсы периодов опроса Тц запоминаются в блоке управления 5 где и хранятся до момента, когда бло приоритетов 12 разрешит их прохождение на мультиплексор 1. Приоритеты каналам назначаются в порядке возрастания периодов опроса. При произвольной сетке периодов Т время хранения импульсов периодов опроса в блоке 5 непостоянно, поэтом возникает необходимость в регистраци отметок времени фактического опроса каналов, которое можно представить в виде отсч. Гк где п 0,12... - номер отсчета; К. - код фазы (КФ) отсчета или число тактов обслуживания с момента появления импульс опроса к-го канала в блоке управления 5 до момента отсчета сигнала этого канал При таком представлении для однозначного восстановления абсолютного времени отсчета при расшифровке данных в ЗВМ достаточно регистрировать 4810 код к., что позволит уменьшить объем регистрируемой .служебной информации. Код К. формируется блоком 6, где той 1 /tp и р - запускаемые при поступлеНИИ сигналов ТТК из блока управления 5. Останов счетчиков происходит при подключении соответствуюи| 1х каналов на регистрацию, для чего используются сигналы запуска мультиплексора 1 с выхода блока управления 5. Мультиплексор 1 переключается на нужный канал, и АЦП 2 преобразует входную величину в цифровую форму. Цифровой кодинформации (КИ) поступает в регистр 4, где к нему добавляется код номера канала (КНК) из блока приоритетов 12 и код фазы отсчета (КФ) из блока 6 формирования кода фазы опроса. Таким образом, формируются данные, которые записываются в блок памяти 3. Одна из возможных реализаций блока управления 5 показана на фиг. 2. В блок входят N узлов (по числу каналов), содержащих по 2 элемента И 13, 15, триггер 14, элемент задержки 16. Блок 5 работает следующим образом. Импульсы периодов опроса поступают в блок по входам второй группы Т ... Т. При наличии разрешающих потенциалов на входах первой группы Разр.1...Разр.К от логического блока 7 импульсы проходят через элемент . И 13 и запоминаются триггерами 14. С выхода этих триггеров разрешающие потенциалы поступают на элементы И 15 и по выходам второй группы ТТ1... TTN - в блок формирования кода фазы опроса 6. Сигналы управления мультиплексором на выходах первой группы К1... KN вырабатываются при условии совпадения соответствующих сигналов от блока приоритетов 12. Сброс триггеров 14 осуществляется через элементы задержки 16 после появления сигнала на шинах K1...KN. Одна из возможных реализаций логического блока 7 для анализа перегрузки показана на фиг. 3. На схеме показаны счетчики 17 п 18, элемент задержки 19, мультишюксор 20 с N-выходами, N мультиплексороп 21 с М-выходами, постояниоо запоминающее устройство 22, элем(1гтм II 23 . и 27, мультиплекспр 24, сумм,т11)р 25,. триггер 26. Блок 7 должен анализировать выполнение условия (17), которое в терминах алгебры логики записывается в виде (Ci4j®(CiA,)©...©()C где Сигналы запросов на i обслуживание g поступают на вход мультиплексора 20, который последовательно переключается под управлением счетчика 17 просмотра номера канала, который работает с высокой частотой СИ. В конце счета счетчика 17 вырабатывается сигнал переноса, который поступает на счетный вход счетчика 18 просмотра номера период и переводит его в следунзщее состояние, Вся периодов в устройстве пронумерована, причем меньшему номеру-соответствует меньшая длител ность периода, т.е. период с номером 1 - самый маленький. Код номера периода с выхода счет чика 18 поступает на мультиплексоры 21 (их число равно числу каналов) и на адресные входы ПЗУ 22. В соответствии с этими адресами на выходе ПЗУ последовательно вырабатываются некоторые константы, обратно пропорциональные периодам Т 1ц опроса, поступающие на вход накапливающего сумматора 25. Сумматор 25 рассчитан таким образом, что его сигнал переноса формируется только при условии, что накопленная сумма превь1сит значение C + i - l/t Занесение же извлекаемых из ПЗУ 22 чисел в сумматор происходит при появлении соответствующего сигнала на его синхронизирующем входе. Импульс занесения вырабатывается элементом И 23 при наличии сигнала g с выход мультиплексора 20 и сигнала с выход мультиплексора 24. Последний просматривает наличие сигналов с выхо дов мультиплексоров 21, которые ана лизируют, какой именно период из установленной сетки включен по данному каналу. Для примера рассмотрим случай, когда работают первые три канала (g... 8j 1) и по ним установлен одинаковый период опроса № 3,Tj-3tQ При этом среди управляющих сигналов (УС) угла коммутации 11 только сиг812налы lT3, 2ТЗ и ЗТЗ соответствуют логической единице. В первый цикл работы счетчика 17 на выходе мультиплексора 20 три такта будет разрешающий потенциал, но синхроимпульс через элемент И 23 не пройдет, так как счетчик 18 с.брошен, мультиплексоры 21 установлены в первое положение, но ни по одному из каналов первый период (№1) не установлен (среди сигналов УС только 1ТЗ,2ТЗ и ЗТЗ являются разрешаю- , щими). В конце цикла счетчик 17 выработает сигнал переноса, который переведет счетчик 18 во второе состояние. Так как период № 2 также не установлен ни по одному каналу, то и во второй цикл работы счетчика 17 сигнал проходить не будет. Когда же счетчик 18 установится в третье положение, то,начиная с первого канала, первые три мультиплексора 21 будут иметь на выходе разрешающие потенциалы, которые будут проходить через мультиплексор 24 и разрешать прохождение трех синхроимпульсов на синхровход сумматора 25. Одновременно, согласно адресу № 3 на выходе ПЗУ 22 устанавливается константа С, которая и суммируется три раза в . сумматоре 25. Проверка условия (17) завершается вьфаботкой счетчиком 18 сигнала переноса, которьй проходит через И 27 (сумматор не переполнен и на его выходе Р - логическая единица) и переписывает сигналы запросов g.... g в триггеры 26, с выходов которых снимаются сигналы разрешения на обслуживание каналов. Теперь предположим, что три канала работают, полностью реализуют пропускную способность регистратора и тут появляется запрос по пятому каналу. Тогда, когда счетчик 18 установится в состояние, соответствующее выбранному периоду опроса по пятому каналу, а счетчик 17 - в положение 5, в сумматор 25 занесется число t ---, которое вызовет перепблнение 5 . сумматора. Сигнал с его выхода Р закроет вход С и элемент И 27. После завершения данного цикла сигнал переноса со счетчика 18 не пройдет, элемент И 27 и пятый канал на обслуживание поставлены не будут. Первые же три канала будут работать без изменения. Цикл работы блока 7 завершается сбросом счетчиков 17 и 18 и сумматора 25 сигналом переноса с выхода элемента, задержки 19. Схема блока 12 приоритетов показана на фиг. 4. На вход блока 12 поступают импуль сы СИ (высокая частота), импульсы с периодом tр, сигналы управления муль типлексором 1-К1... KN и сигналы УС от узла коммутации 11. В исходном состоянии RS-триггер 29 сброшен, и через элемент И 30 проходят импульсы на счетный вход первого счетчика 31 номера канала, с выхода которого снимается код номера канала и после дешифрации .сигналы PK1...PKN на блок 5. Распределение каналов по приорите там осуществляет второй счетчик 32 номера периода, состояния которого однозначно определяют номер периода в порядке их возрастания. Так, если второй счетчик 32 установлен в первое положение, то разрешающий потенциал вырабатывается на выходах тех мультиплексоров 34, которые соответствуют каналам с-установленными периодами № 1 . . Предположим, что по первому каналу установлен период К 1 . Тогда, при совпадении РП1 и РК1 элемент И 15 в блоке управления 5 (фиг. 2) выраба тывает сигнал К1 (управления мультиплексором 1), который одновременно проходит через элемент ИЛИ 28 и уста навливает RS-триггер 29 блока приори тетов 12. Это приводит к тому, что первый счетчик 31 останавливается на время Ц, необходимое для выполне ния операций по преобразованию и регистрации данных. Схема блока 6 формирования кода фазы опроса приведена на фиг.. 5. Счетчики 36 запускаются сигналами ТТ1... TTN с выходов триггеров 14 блока управления 5 после поступления импульсо.в опроса Т1.. . TN в блок 5 (фиг. 2). Счетчики 36 считают, сколько тактов tjj прошло с момента поступления импульсов в блок 5 до фактического опроса каналов. Останов счета происходит при сбросе триггеров 14, а сброс - через элемент задержки 35 по сигналу включения мультиплексора К1...КН„ Код фазы отсчета, соответствующий тому каналу, с которого производится считывание информации, выбирается мультиплексором 37 и поступает в регистр 4. Сравним предлагаемое устройство регистрации аналоговой информации с прототипом. Сравнение будем проводить при одинаковых начальных условиях для обоих устройств, равенстве времени обслуживания заявки t,,, минимальных периодов опроса Т и числа каналов К1 мин Np ---. В этих условиях прототип загружен полностью и его условньй коэффициент загрузки R 1. Загрузка предлагаемого устройства определяется коэффициентом R..i Коэффициент выигрьша по загрузке в предлагаемом устройстве Rnn 1 I пр 1 R R Равенство этого коэффициента единице показывает, что прототип и предлагаемое устройство имеют одинаковую пропускную спос-обность, но только тогда, когда во всех каналах установлены одинаковые периоды опроса Т, Во всех других случаях, при установке различных периодов опроса по каналам. К 1 показывает, во сколько раз реальная пропускная способность предлагаемого устройства больше, чем у прототипа.

Аналоговые сигналы

1

«MV ВВ

н

кк

РПХ.РКК

Запросы ffff

Разреш.

.а

-

Т ш

УС

иг.1

«и

КФ кнк

12

11

ю

Раза.7

я блоку 5

li-t li-J

32

( tTI

n nti

H

NTI (N-fjf,

(H-tJMi-}

нтг MH

itj

-г(

NTH

HH

РП1

f)

r§

V:

W-flff f (Hl}ftt2

pm

J«

О т блока 8

Фиг.5